RO133216A2 - Microscope objective lens with automatic focusing - Google Patents
Microscope objective lens with automatic focusing Download PDFInfo
- Publication number
- RO133216A2 RO133216A2 ROA201700661A RO201700661A RO133216A2 RO 133216 A2 RO133216 A2 RO 133216A2 RO A201700661 A ROA201700661 A RO A201700661A RO 201700661 A RO201700661 A RO 201700661A RO 133216 A2 RO133216 A2 RO 133216A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- optical
- mirror
- optoelectronic
- microscope
- unit
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 53
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 6
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 4
- 230000004075 alteration Effects 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 claims 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims 2
- 238000003325 tomography Methods 0.000 claims 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000003042 antagnostic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 biology Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005088 metallography Methods 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/02—Objectives
- G02B21/025—Objectives with variable magnification
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/02—Objectives
- G02B21/04—Objectives involving mirrors
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
- G02B21/365—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
- G02B21/367—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes providing an output produced by processing a plurality of individual source images, e.g. image tiling, montage, composite images, depth sectioning, image comparison
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
- G02B7/30—Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line
- G02B7/305—Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line using a scanner
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Abstract
Description
OBIECTIV DE MICROSCOP CU FOCALIZARE AUTOMATĂMICROSCOPE OBJECTIVE WITH AUTOMOTIVE FOCUSING
Invenția se referă la un obiectiv cu optică adaptivă destinat echipării microscoapelor cu reflexie în scopul măririi rezoluției optice pe adâncime a acestora. Aplicațiile directe sunt în metalografie, geologie, forenzică, chimie, materiale plastice, materiale compozite, biologie, medicină etc.The invention relates to an objective with adaptive optics for equipping reflection microscopes in order to increase their optical resolution at depth. Direct applications are in metallography, geology, forensics, chemistry, plastics, composites, biology, medicine, etc.
Calitatea imaginii la microscoape este data de rezoluția optică a cărei valoare este maximă atunci când materia cercetată este situată în punctul focal al sistemului optic de focalizare, realizat la rândul lui cu grupuri de lentile sau cu grupuri de oglinzi metalice. Rezoluția optică microscopică este de orizontală și de adâncime și este definită ca fiind distanța d minimă [pm] dintre două puncte care pot fi distinse clar cu ochiul omenesc privind prin ocularele microscopului sau privind imaginea de pe un monitor obținută la rândul ei prin intermediul unei camere video montată pe trinocularul microscopului:The quality of the image in the microscopes is given by the optical resolution whose value is maximum when the researched matter is located in the focal point of the optical focusing system, made in turn with groups of lenses or groups of metallic mirrors. The microscopic optical resolution is horizontal and deep and is defined as the minimum distance d [pm] between two points that can be clearly distinguished with the human eye by looking through the microscope's eyepieces or the image on a monitor obtained in turn through a camera. video mounted on the trinocular of the microscope:
<=4=-^— w<= 4 = - ^ - w
A n-sma unde : λ - lungimea de undă a radiației luminoase folosite pentru iradierea materiei cercetate [pm] n - indicele de refracție a mediului transparent care se găsește între materia cercetată și lentila obiectivului optic al microscopului a - semiunghiul maxim format de două radiații luminoase care pleacă de pe un punct al materiei cercetate și mai pot fi surprinse încă de către marginea lentilei de focalizare a obiectivului optic al microscopului.A n -ma where: λ - the wavelength of the light radiation used for irradiation of the investigated matter [pm] n - the refractive index of the transparent environment that is found between the researched matter and the lens of the microscope's optical lens a - the maximum half-radius formed by two radiations luminous starting from a point of the investigated matter and can still be caught by the edge of the lens focusing the optical lens of the microscope.
A-apertura numerică (J = w-sina)A-numerical aperture (J = w-sina)
Prin alegerea de materiale transparente, situate între lentila de focalizare a obiectivului optic al microscopului și materia cercetată, având indicele n de refracție mai mare de 1 (1 fiind indicele de refracție al aerului) și folosirea unor soluții constructive care au permis atingerea unui unghi a de 72° pentru lentilele de focalizare a obiectivului optic, apertura A numerică a fost adusă până la valori maxim posibile din punct de vedere tehnic. Până de curând, limita de mărire M a microscoapelor optice era condiționată de regula lui Abbe [1], conform căreia, mărirea maximă Mmax totală a unui microscop optic trebuie să se situeze între valorile:By choosing transparent materials, located between the lens of focus of the optical objective of the microscope and the researched matter, having the refractive index greater than 1 (1 being the refractive index of the air) and the use of constructive solutions that allowed to reach an angle of 72 ° for the optical lens focusing lenses, the numerical aperture A has been brought to the maximum technically possible values. Until recently, the limit of optical zoom microscopes M was subject to the rule of Abbe [1] that, overall max magnification M of a microscope must be between:
Mmax = 500 A-r 1000A (2) a 2017 00661M max = 500 Ar 1000A (2) to 2017 00661
15/09/2017^15/09/2017 ^
Peste această limită imaginea este neclară din cauza scăderii rezoluției optice.Above this limit the image is blurred due to decreased optical resolution.
Deoarece microscoapele optice clasice se bazează pe refracția luminii, acestea au o rezoluție optică pe orizontală limitată la jumătate din lungimea de undă a radiației folosite pentru iradierea materiei cercetate. Pentru domeniul spectral vizibil aceasta rezoluție corespunde la cca. 200 nm, ceeea ce permite, conform regulii lui Abbe, atingerea unui ordin de mărire Mmax de 1500 ori pentru microscopia optică clasică.Because classical optical microscopes are based on light refraction, they have a horizontal optical resolution limited to half the wavelength of the radiation used to irradiate the investigated material. For the visible spectral domain this resolution corresponds to approx. 200 nm, which allows, according to Abbe's rule, to reach a magnification order M max 1500 times for classical optical microscopy.
O lentilă de focalizare nu are însă un punct focal ci prezintă o linie focală, iar pe această linie focală sunt sute de puncte focale, iar la fiecare îi corespunde o anumită lungime de undă (aberație cromatică) din domeniul spectral vizibil cuprins între 390 nm violet și 780 nm - roșu., motiv pentru care o imagine microscopică clasică este una de rezoluție relativ redusă.However, a focal lens does not have a focal point but has a focal line, and on this focal line there are hundreds of focal points, and each one corresponds to a certain wavelength (chromatic aberration) in the visible spectral range between 390 nm violet. and 780 nm - red, which is why a classic microscopic image is relatively low resolution.
O creștere a rezoluției dy optice pe orizontală s-a realizat prin îmbunătățirea compoziției chimice a sticlei lentilelor din obiectivele microscoapelor precum și prin realizarea de pachete de lentile convexe și concave lipite între ele. Rezultatul a fost construcția de obiective acromate, de obiective apocromate și de obiective planapochromate. Primele realizează o corecție cromatică pentru zona mediană a spectrului vizibil (zona galben- verde), iar ultimele pentru toată zona spectrului vizibil. Problema punctelor focale optime nu a fost însă rezolvată, aceste obiective aduc doar o îmbunătățire în sensul medierii mai multor lungimi de undă pe care le aduc într-un punct focal singular.An increase in the horizontal optical resolution d y has been achieved by improving the chemical composition of the glass lens of the microscope objectives and by making convex and concave lens packages are stuck together. The result was the construction of achromatic, apochromatic and planapochromatic objectives. The former performs a chromatic correction for the median area of the visible spectrum (yellow-green area), and the latter for the entire area of the visible spectrum. However, the problem of optimum focal points has not been solved, these objectives only bring an improvement in the sense of mediating several wavelengths that they bring in a single focal point.
Rezoluția pe adâncime dz are la bază tot definiția de mai sus, în sensul că aceasta reprezintă distanța minimă la care pe flancul unei denivelări micrometrice pot fi distinse clar două puncte vecine. Ideal pentru un microscop optic ar fi ca atât rezoluția pe orizontală dy cât și cea pe adâncime dz să fie maxime. Aceste două caracteristici optice importante sunt însă antagoniste, rezoluția optică pe orizontală dy este antagonistă cu rezoluția optică pe adâncime dz, fiind legate prin relația:Depth resolution d z is based on all the above definition, in that it represents the minimum distance at which two neighboring points can be clearly distinguished on the flank of a micrometric elevation. Ideally for an optical microscope, both horizontal resolution d y and depth d z will be maximum. However, these two important optical characteristics are antagonistic, the horizontal optical resolution d y is antagonistic with the optical resolution at depth d z , being linked by the relation:
dv d v
-fi- = const (3) încercarea de a crește rezoluția pe adâncime duce la scăderea rezoluției pe suprafață și invers. Motivul îl reprezintă faptul că rezoluția pe orizontală a materiei cercetate este dată de apertura A numerică, deci de caracteristici optice constructive ale lentilelor de focalizare și de natura mediului care se găsește între obiectiv și materia cercetată, pe când rezoluția pe adâncime depinde de lățimea benzii spectrale a luminii de iradiere a materiei cercetate.-fi- = const (3) the attempt to increase the resolution at depth leads to the decrease of the resolution on the surface and vice versa. The reason is the fact that the horizontal resolution of the investigated matter is given by the numerical aperture A, that is, by the optical constructional characteristics of the focusing lenses and by the nature of the environment that is between the objective and the investigated material, while the depth resolution depends on the width of the spectral band. of the irradiation light of the investigated matter.
Rezoluția maximă la studierea detaliilor microscopice ale materiei cercetate o asigură lungimile de undă care au valori de același ordin de mărime cu detaliile microscopice urmărite. Mai precis, pentru obținerea unei rezoluții optice maxime pe a 2017 00661The maximum resolution when studying the microscopic details of the investigated matter is provided by the wavelengths that have values of the same order of magnitude with the microscopic details followed. Specifically, to obtain a maximum optical resolution of 2017 00661
15/09/2017 adâncime, pentru detalii ale materiei care variază în limitele lungimilor de undă acoperite de domeniului spectral vizibil (cca. 400nm), imaginea microscopică ar trebui să fie rezultatul unei integrări opto-electronice a mai multor imagini obținute pe parcursul focalizării succesive a tuturor lungimilor de undă din acest domeniul spectral. In felul acesta, detaliile de dimensiuni mai mari de pe adâncimea rugozității materiei cercetate sunt reproduse cu rezoluție optică maximă în punctele focale din domeniul spectral roșu, iar detaliile microscopice de dimensiuni mai mici sunt reproduse cu rezoluție optică maximă în punctele focale din domeniul spectral violet.15/09/2017 depth, for details of matter that varies within the wavelengths covered by the visible spectral domain (approx. 400nm), the microscopic image should be the result of an opto-electronic integration of several images obtained during the successive focusing. of all wavelengths in this spectral domain. In this way, the larger details on the depth of the roughness of the investigated material are reproduced with maximum optical resolution in the focal points of the red spectral domain, and the microscopic details of smaller dimensions are reproduced with maximum optical resolution in the focal points in the purple spectral domain.
Autorilor le sunt cunoscute soluții de focalizare automată din următorele documente:The authors are familiar with autofocus solutions from the following documents:
Documentul Dl intitulat: Lens drive device, camera module, and camera mounting devices, înregistrat ca TW201631348 (Aj-2016, descrie un sistem de focalizare automată cu ajutorul unui actuator linear electromagnetic cu bobină.Document Mr. titled: Lens drive device, camera module, and camera mounting devices, registered as TW201631348 (Aj-2016, describes an autofocus system using a linear electromagnetic coil actuator.
Documentul D2 intitulat: Microscope Apparatus, Autofocus Apparatus, and Autofocus Method, înregistrat ca JP2017062438 (A)- 2017 descrie un sistem de focalizarea automata pe baza comparării de fază a radiației luminoase.Document D2 entitled: Microscope Apparatus, Autofocus Apparatus, and Autofocus Method, registered as JP2017062438 (A) - 2017 describes a system of autofocus based on phase comparison of light radiation.
Documentul D3 intitulat: Focus control device, Focus control Method, Focus control program, Lens device, înregistrat ca W02017057071(A1)-2016, descrie sisteme de focalizarea automata pe baza comparării de fază a radiației luminoase.Document D3 entitled: Focus control device, Focus control Method, Focus control program, Lens device, registered as W02017057071 (A1) -2016, describes automatic focusing systems based on phase comparison of light radiation.
Documentul D4 TW 201632934 (Al)-2016 intitulat: Camera module autofocus, actuator and control method thereof, folosește ca element de execuție a actuatorului o sîrmă din aliaj cu memorie și un element elastic de revenire.Document D4 TW 201632934 (Al) -2016 titled: The camera module autofocus, actuator and control method them, uses as an element of execution of the actuator an alloy wire with memory and an elastic element of return.
De asemenea le mai sunt cunoscute o multitudine de soluții tehnice folosite la aparatele fotografice performate unde prin intermediul unei bucle de reglare, ce are ca senzor un detector fotoelectric si ca element de execuție un micromotor electric se modifică automat distanța focală a grupului de lentile din obiectivul optic al aparatului fotografic astfel încât să se asigure rezoluția optică cea mai bună pentru o zona ce prezintă interes maxim în imaginea urmărită. Dimensiunea relativ mare a servomotoarelor ce rotesc în căutarea focalizării optime obiectivul optic al aparatului fotografic sau deplasează liniar, grupul de lentile din obiectiv, în căutarea focalizării optime, fie pe obiectul din prim planul fie din fundalul imaginii, dar mai ales rezoluția slabă a acestor servomecanisme fac această soluție inaplicabilă la spectromicroscoape Raman. Mai sunt cunoscute și folosite sisteme de focalizare automată, realizate prin mijloace interferometrice, la radiotelescoape. Actualmente prin microscopie confocală dar si prin alte soluții [2], [3], [4], [5] s-a putut crește rezoluția optică pe adâncime în mod sensibil și la microscoape. Aceste realizări înglobează soluții tehnice de vârf, iar microscoapele sunt deosebit de costisitoare.Also known are a variety of technical solutions used in high-performance cameras where through a control loop, which has as sensor a photoelectric detector and as an execution element an electric micromotor automatically changes the focal length of the lens group from the lens optical image of the camera so as to ensure the best optical resolution for an area of maximum interest in the image being viewed. The relatively large size of the servomotors that rotate in search of the optimum focus, the optical objective of the camera or linearly displaces, the group of lenses in the lens, in search of the optimum focus, either on the object in the foreground or in the background of the image, but especially the poor resolution of these servomechanisms. I make this solution inapplicable to Raman spectrometers. There are also known and used autofocus systems, made by interferometric means, on radio telescopes. Currently, by confocal microscopy but also by other solutions [2], [3], [4], [5] it was possible to increase the optical resolution at depth in a sensitive way and at microscopes. These achievements include state-of-the-art technical solutions, and microscopes are particularly expensive.
Problema tehnică pe care o rezolva invenția constă în realizarea unui obiectiv destinat microscoapelor de reflexie care împreună cu structura microscopică și optoelectronică aferentă, permite obținerea unei rezoluții optice maxime pe adâncime prin focalizare automată. In acest scop este folosită o optică adaptivă care în fracțiuni de a2017 00661The technical problem to be solved by the invention consists in the achievement of an objective intended for reflection microscopes, which together with the associated microscopic and optoelectronic structure, allows to obtain a maximum optical resolution at depth through automatic focusing. For this purpose an adaptive optics is used which in fractions of a2017 00661
15/09/201715/09/2017
secundă duce la parcurgerea a zeci de puncte focale, situate la diferitele lungimi de undă din domeniul spectral vizibil, la salvarea opto-electronică de imagini microscopice în aceste puncte focale precum și la reproducerea acestor imagini sub formă de tomograme de suprafață 3D sau sub formă de trenuri dinamice de imagini microscopice succesive. Industrial, obiectivul de microscop conform invenției împreună cu optoelectronica aferentă poate fi implementat pe o nouă generație de microscoape sau poate fi folosit pentru transformarea microscoapelor optice cu reflexie clasice în microscoape optice cu rezoluție înaltă pe adâncime.second leads to the passage of dozens of focal points, located at the different wavelengths of the visible spectral domain, to the opto-electronic saving of microscopic images at these focal points as well as to the reproduction of these images as 3D surface tomograms or as dynamic trains of successive microscopic images. Industrially, the microscope objective according to the invention together with the related optoelectronics may be implemented on a new generation of microscopes or may be used to transform classical reflection optical microscopes into high resolution optical microscopes at depth.
Souțiile tehnice connform invenției pleacă de la ideea că singura cale pentru îmbunătățirea rezoluției optice pe adâncime este cea de exploatare a întregii benzi spectrale din domeniul vizibil pentru a obține o imagine microscopică de înaltă rezoluție. Relația care definește în acest caz rezoluția optică este următoarea:The technical embodiments of the invention start from the idea that the only way to improve the optical resolution at depth is to exploit the entire spectral band in the visible field to obtain a high resolution microscopic image. The relationship that defines the optical resolution in this case is as follows:
1 A n · sin a (4) 1 To n (4)
In aceasta relație , omologa cu relația (1), Ro reprezintă rezoluția optică, iar factorul k reprezintă un coeficient subunitar, ce este cu cu atât mai mic cu cât un microscop ce are un obiectiv cu optica activă reușește să poziționeze punctul focal la lungimi de undă cât mai apropiate una de alta.In this relation, the homologue to the relation (1), R o represents the optical resolution, and the factor k represents a subunit coefficient, which is even smaller as a microscope with an objective with active optics manages to position the focal point at lengths. wave as close as possible to each other.
In scopul materializării invenției autorii descriu un obiectiv de microscop cu optică activă de microscop, în trei variante conceptive și constructive, posibil de realizat industrial. Pentru a fi lipsit de aberații cromatice și pentru a beneficia de întregul spectru de la ultraviolet la infraroșu, în construcția obiectivelor de microscop în locul grupului de lentile de focalizare apocromate sau planapochromate clasice sunt folosite două oglinzi de argint, una concavă și una convexă, iar pentru obținerea unei rezoluții maxime pe adâncime, acestea au în compunere un actuator piezoelectric cu fețe plan paralele. Pentru asigurarea unei înalte reproductibilități actuatorul piezoelectric oscilează pe frecvența de rezonanță fr:In order to materialize the invention, the authors describe a microscope objective with active microscope optics, in three conceptual and constructive variants, possible to achieve industrially. In order to be free of chromatic aberrations and to benefit from the entire spectrum from ultraviolet to infrared, two silver mirrors, one concave and one convex, are used in the construction of microscope targets instead of the classic apochromatic or planapochromatic focus lenses. for maximum depth resolution, they have a piezoelectric actuator with parallel planar faces. To ensure high reproducibility, the piezoelectric actuator oscillates on the resonant frequency f r :
(5) unde: I- grosimea plăcii piezoelectrice de cuarț p -densitatea cuarțului(5) where: I - thickness of piezoelectric quartz plate p - density of quartz
E- modulul de elasticitate a cuarțuluiE- the modulus of elasticity of the quartz
Valoarea frecvenței de rezonanță fr recomandată este de 0,1 MHz. La această frecvență sunt posibile grosimi ale discului de cuarț, din compunerea actuatorului piezoelectric, de ordinul milimetrilor și deplasări de dilatare-contracție ale acestuia de cca 1000 nm, a 2017 00661The recommended resonance frequency value f r is 0.1 MHz. At this frequency are possible thicknesses of the quartz disk, from the composition of the piezoelectric actuator, of the order of millimeters and its expansion-contraction displacements of about 1000 nm, of 2017 00661
15/09/201 ceea ce acoperă atingerea lungimilor de undă pentru toate punctele focale din domeniul spectral vizibil. Peste tensiunea de alimentare de înaltă frecventă, care menține discul de cuarț al actuatorului piezoelectric la frecvența de rezonanță stabilă, se suprapun trepte de tensiune de curent continuu, obținute cu un generator electronic care produce ciclic trepte de tensiuni electrice crescătoare urmate de trepte de tensiuni electrice descrescătoare de aceeași valoare. Treptele de tensiune crescătoare provoacă, proporțional cu tensiunea aplicată, dilatarea actuatorului piezoelectric cu un increment precis, de ordinul nanometrilor, iar treptele de tensiune descrescătoare provoacă contracția acestuia cu același increment de ordinul nanometrilor, (Fig.l). Corespunzător cu aceste dilatări și contractări este realizată și deplasarea axială, cu aceiași pași incrementali preciși, a uneia din cele două oglinzi metalice spre cealaltă respectiv dinspre cealaltă. In acest fel sunt accesate pe rând punctele focale corespunzătoare diferitelor lungimi de undă de pe linia focală caracteristică spectrului vizibil cuprins între 390-780 nm. Controlul nivelului deplasării axiale provocate de actuatorul piezoelectric este realizat, conform soluției din invenție, cu ajutorul unui senzor capacitiv, realizat sub forma unor armături plan paralele de condensator, plasat între actuatorul piezoelectric și corpul superior la una din variantele constructive, respectiv între actuatorul piezoelectric și suportul cu trei brațe de pe corpul inferior al obiectivului optic de microscop, (Fig.3), (Fig.4) și (Fig.5). La fiecare pas incremental precis de deplasare al uneia din cele două oglinzi ale obiectivului optic are loc în mod automat atingerea unui punct focal și o achiziție de imagine microscopică corespunzătoare. Prescrierea pasului lungimilor de undă unde trebuiesc realizate puncte focale este făcută de operator. Controlul și validarea atingerii acelui unui punct focal, este stabilit de către o unitate diferențială care compară continuu nivelul deplasării uneia din cele două oglinzi metalice de focalizare, nivel dat de semnalul senzorului capacitiv, cu nivelul unui semnal electric dat de un senzor de tip CCD, care stabilește intensitatea maximă a unui fascicul luminos deviat cu o prismă optică din fasciculul luminos reflectat de pe materia cercetată. Sesizarea cu precizie a atingerii maximului intensității radiației luminoase se realizează prin soft-ul specializat care folosește în acest scop valoarea zero a derivatei a l-a a intensității (/) luminoase în funcție de timpul (t):15/09/201 which covers reaching the wavelengths for all focal points in the visible spectral domain. Over the high-frequency supply voltage, which maintains the quartz disk of the piezoelectric actuator at the stable resonant frequency, DC voltage stages are superimposed, obtained with an electronic generator that cyclically produces increasing electrical voltages followed by electrical voltage steps. descending of the same value. The increasing voltage steps cause, in proportion to the applied voltage, the expansion of the piezoelectric actuator with a precise increase, by the order of nanometers, and the decreasing voltage steps cause its contraction with the same increase of the order of the nanometers, (Fig.l). Correspondingly with these expansions and contractions, the axial displacement, with the same precise incremental steps, of one of the two metal mirrors towards the other and from the other is realized. In this way, the focal points corresponding to the different wavelengths on the focal line characteristic to the visible spectrum between 390-780 nm are accessed. The control of the level of axial displacement caused by the piezoelectric actuator is performed, according to the solution of the invention, with the help of a capacitive sensor, made in the form of parallel planar reinforcements of the capacitor, placed between the piezoelectric actuator and the upper body on one of the constructive variants, respectively between the piezoelectric actuator and the support with three arms on the lower body of the optical microscope lens, (Fig.3), (Fig.4) and (Fig.5). At each precise incremental step of moving one of the two mirrors of the optical lens, a focal point and a corresponding microscopic image acquisition are automatically achieved. Prescribing the step of the wavelengths where focal points need to be made is made by the operator. The control and validation of the attainment of that of a focal point, is established by a differential unit that continuously compares the level of displacement of one of the two focusing metal mirrors, level given by the capacitive sensor signal, with the level of an electrical signal given by a CCD type sensor, which sets the maximum intensity of a light beam deflected with an optical prism from the reflected light beam from the investigated matter. The precise detection of reaching the maximum intensity of the light radiation is realized by the specialized software that uses for this purpose the zero value of the derivative of the luminous intensity (/) depending on the time (t):
(6)(6)
Valoarea zero a unei derivate arată totdeauna atingerea unui maxim sau a unui minim, în cazul concret, arată atingerea punctului focal. Toate aceste operații sunt gestionate de un calculator electronic, prin intermediul unui soft specializat, care asigură totodată procesarea pachetului de imagini achiziționate în timpul scanării dus-întors a actuatorului piezoelectric, pentru a fi redate fie sub formă de tomograme 3-D, fie redate ca imagine după imagine cu o viteză stabilită de cercetător.The zero value of a derivative always shows the attainment of a maximum or a minimum, in the concrete case it shows the attainment of the focal point. All these operations are managed by an electronic computer, through specialized software, which also ensures the processing of the package of images acquired during the scanning of the piezoelectric actuator, to be played either as 3-D tomograms or as image by image at a speed set by the researcher.
Prin aplicarea invenției se obține următorul avantaj:By applying the invention, the following advantage is obtained:
a 2017 00661to 2017 00661
15/09/2017^15/09/2017 ^
Folosirea la obiectivele optice de microscop a unei optici adaptive, realizate cu un actuator piezoelectric de cuarț, neinerțial, fard jocuri, fără frecări, cu o dinamică și o reproductibilitate înaltă, permite deplasarea precisă și extrem de rapidă a punctului focal al radiației policromatice din domeniul spectral vizibil la diferite lungimi de undă și prin aceasta crează un mijloc performant de îmbunătățire, de măsurare și de control a a rezoluției optice pe adâncime. Rezultatul aplicării soluției conform invenției îl reprezintă obținerea și înmagazinarea, în fracțiuni de secundă, a unui pachet de imagini microscopice de înaltă rezoluție, fiecare dintre aceste imagini corespunzând altui punct focal și altei lungimi de undă. Pachetul de imagini microscopice achiziționate pe cale optoelectronică pot fi reproduse, fie sub formă de tomograme 3-D, fie sub forma unui tren de imagini, care se derulează succesiv pe monitor, cu o viteză reglată de cercetător, prin intermediul unui soft specializat.The use of adaptive optics, made with a piezoelectric actuator of quartz, noninertial, non-frictional games, without friction, with high dynamics and reproducibility, allows the precise and extremely fast displacement of the focal point of the polychromatic radiation in the field. spectrally visible at different wavelengths and thereby creates a powerful means of improving, measuring and controlling the optical resolution at depth. The result of applying the solution according to the invention is obtaining and storing, in fractions of a second, a high resolution microscopic image package, each of these images corresponding to another focal point and to another wavelength. The package of microscopic images acquired by optoelectronic means can be reproduced, either in the form of 3-D tomograms or in the form of an image train, which runs successively on the monitor, at a speed regulated by the researcher, by means of specialized software.
Se dau în continuare trei exemple de realizare a invenției în legătură cu Fig.l; Fig.2 ; Fig.3 ; Fig.4; Fig. 5; Fig.6; care reprezintă: Fig.l- Schema de principiu a obiectivului de microscop cu focalizare automatăThe following are three examples of embodiments of the invention in connection with FIG. Fig. 2; Fig. 3; Figure 4; Fig. 5; Fig.6; which represents: Fig.l- Principle diagram of the autofocus microscope objective
Fig.2 - Structura modulară a unui microscop optic echipat cu un obiectiv cu focalizare automatăFig.2 - The modular structure of an optical microscope equipped with an autofocus lens
Fig.3- Schema optică de principiu a obiectivului de microscop cu focalizare automată obținută prin deplasarea oglinzii concaveFig.3- Optical scheme of principle of the autofocus microscope objective obtained by moving the concave mirror
Fig.4 - Varianta constructivă pentru obiectivul de microscop cu focalizare automată care folosește deplasarea oglinzii concaveFig. 4 - Constructive variant for the autofocus microscope lens that uses the concave mirror displacement
Fig.5 - Varianta constructivă pentru obiectivul de microscop cu focalizare automată care folosește deplasarea oglinzii convexeFig. 5 - Constructive variant for the autofocus microscope lens that uses the displacement of the convex mirror
Fig.6- Varianta constructivă de focalizare automată având optoelectronica de căutare a punctului focal integrată în obiectivul optic al microscopuluiFig.6- Constructive variant of autofocus having the focal point search optoelectronics integrated in the optical objective of the microscope
Un microscop (Fig2) care folosește pentru studiul materiei m cercetate un obiectiv a optic cu focalizare automată conform invenției mai are în structura sa un tub b optic, o unitate optică trinoculară, un sistem d optoelectronic de achiziție de imagini, un sistem e optoelectronic de măsurare a intensității luminoase din domeniul spectral vizibil, o unitate f diferențială de căutare a punctelor focale, o unitate g de prescriere și alimentare cu tensiuni electrice în trepte, o unitate h senzorială de control a deplasării, un calculator / electronic și un soft j specializat.A microscope (Fig2) which uses for the study of the subject m investigated an optical lens with autofocus according to the invention also has in its structure an optical tube b, a trinocular optical unit, an optoelectronic image acquisition system, an optoelectronic imaging system. measurement of the luminous intensity of the visible spectral domain, a unit f differential search for focal points, a unit g of prescription and supply with electrical voltages in stages, a sensorial unit h of control of movement, a computer / electronic and a specialized software j .
Pentru obiectivul de microscop a cu focalizare automată, care face obiectul invenției, sunt prezentate trei variante conceptive și constructive după cum urmează:For the microscope objective of autofocus, which is the object of the invention, three conceptual and constructive variants are presented as follows:
1. Obiectiv de microscop cu deplasarea controlată a oglinzii concave1. Microscope objective with controlled displacement of the concave mirror
2. Obiectiv de microscop cu deplasarea controlată a oglinzii convexe2. Microscope objective with controlled displacement of the convex mirror
3. Obiectiv de microscop cu optoelectronică integrată3. Microscope lens with integrated optoelectronics
Obiectivul de microscop cu deplasarea controlată a oglinzii concave (Fig.3), (Fig.4), se compune dintr-un corp 1 superior, un corp 2 inferior, un actuator 3 piezoelectric cu fețe plan-paralele și orificiu circular central, un senzor de deplasare capacitiv format a2017 00661The microscope objective with the controlled displacement of the concave mirror (Fig.3), (Fig.4), is composed of an upper body 1, a lower body 2, a piezoelectric actuator 3 with plane-parallel faces and a central circular hole, a capacitive displacement sensor a2017 00661 format
15/09/2017 din două armături 4și5 plan paralele de condensator prevăzute cu un orificiu central, o oglindă 6 concavă, o oglindă 7 convexă, un suport 8 cu fixare prin trei brațe și un conector 9 electric.09/15/2017 from two fittings 4 and 5 parallel plane of capacitor provided with a central orifice, a mirror 6 concave, a mirror 7 convex, a support 8 with fixation by three arms and an electrical connector 9.
Obiectivul de microscop cu deplasarea controlată a oglinzii convexe. (Fig. 5) se compune dintr- un corp 10 superior, un corp 11 inferior, un actuator 12 piezoelectric cu fețe plan-paralele, un senzor de deplasare capacitiv format din două armături 13șil4 plan paralele de condensator, o oglindă 6 concavă, o oglindă 7 convexă, un suport 8 cu fixare prin trei brațe și un conector 15 electric.The objective of the microscope with the controlled displacement of the convex mirror. (Fig. 5) is composed of an upper body 10, a lower body 11, a piezoelectric actuator 12 with parallel-plane faces, a capacitive displacement sensor consisting of two reinforcements 13 and 4 parallel plane capacitors, a mirror 6 concave, a mirror 7 convex, a support 8 with three-arm mounting and an electrical connector 15.
Obiectivul de microscop cu optoelectronică integrată de căutare a punctului focal (Fig.6), se compune dintr-un corp 16 superior, un corp 11 inferior, un actuator 12 piezoelectric cu fețe plan-paralele, un senzor de deplasare capacitiv format din două armături 13șil4 de condensator plan paralele, o oglindă 6 concavă, o oglindă 7 convexă, un suport 8 cu fixare prin trei brațe și un conector 15 electric. In compunerea acestui tip de obiectiv mai intră un modul A optoelectronic compus la rândul lui dintr-un corp 17 cilindric pe care este montat în exterior o prismă 18 optică, iar în interior două discuri 19 și 20 cu fante circulare, un grup 21 de lentile colimatoare, un detector 22 optic de tip CCD și un șurub 23 de centrare și fixare a modulului A optoelectronic. Legătura modulului optoelectronic A cu sistemul e optoelectronic de căutare a punctelor focale se realizează prin intermediul unui conector 24 electric. Rolul modulului optoelectronic A este acela de a devia cu 90° o parte din fasciculul luminos reflectat de pe materia m cercetată spre detectorul 22 CCD al cărui semnal este folosit de sistemul e optoelectronic de căutare a punctelor focale pentru a corela lungimea de undă a unui anumit punct focal de pe linia spectrală a domeniului vizibil cu imaginea microscopică salvată pentru acel punct focal.The microscope lens with integrated optoelectronics focusing focal point (Fig. 6), is composed of an upper body 16, a lower body 11, a piezo-electric actuator 12 with parallel-plane faces, a capacitive displacement sensor consisting of two reinforcements 13sil4 of parallel plane capacitor, a mirror 6 concave, a mirror 7 convex, a support 8 with three-arm mounting and an electrical connector 15. The composition of this type of lens also includes an optoelectronic module A composed of a cylindrical body 17 on which is mounted externally an optical prism 18, and inside two disks 19 and 20 with circular slots, a group 21 of lenses. collimators, an optical detector 22 of CCD type and a screw 23 for centering and fixing the optoelectronic module A. The connection of the optoelectronic module A with the optoelectronic system for the search of focal points is achieved through an electrical connector 24. The role of optoelectronic module A is to divert 90% of the light beam reflected from the subject m investigated to the 22 CCD detector whose signal is used by the optoelectronic focal point search system to correlate the wavelength of a particular focal point on the spectral line of the visible field with the microscopic image saved for that focal point.
a 2017 00661to 2017 00661
15/09/2017 3S09/15/2017 3S
BIBLIOGRAFIEBIBLIOGRAPHY
1. Schumann Herman, Metallographie, VEB Deutscher Verlag ftir Grundstoffindustrie Leipzig, 1974,1. Schumann Herman, Metallographie, VEB Deutscher Verlag ftir Grundstoffindustrie Leipzig, 1974,
2. Harry Paul, Lexikon der Optik. Spektrum Akademischer Verlag, 2003, ISBN 3-8274-1422-9.2. Harry Paul, Lexikon der Optik. Spectrum Akademischer Verlag, 2003, ISBN 3-8274-1422-9.
3. [https://de.wikipedia.org/wiki/Optische_Koh%C3%A4renztomografie]3. [https://de.wikipedia.org/wiki/Optische_Koh%C3%A4renztomografie]
4. Ștefan Hippler, Adaptive Optik, Der scharfe Blick ins AII und ins Auge, Phys. U nserer Zeit, 36. Jahrgang, Nr. 1, 2005, D0l:10.1002/piuz.200501055 © 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim4. Ștefan Hippler, Adaptive Optics, Der scharfe Blick ins AII und ins Auge, Phys. The nserer Zeit, 36. Jahrgang, Nr. 1, 2005, D0l: 10.1002 / piuz.200501055 © 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
5. Douglas B. Murphy, Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging, WileyLiss, Inc.20015. Douglas B. Murphy, Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging, WileyLiss, Inc.2001
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201700661A RO133216B1 (en) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Microscope objective lens with automatic focusing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201700661A RO133216B1 (en) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Microscope objective lens with automatic focusing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO133216A2 true RO133216A2 (en) | 2019-03-29 |
| RO133216B1 RO133216B1 (en) | 2024-04-30 |
Family
ID=65859604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201700661A RO133216B1 (en) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Microscope objective lens with automatic focusing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO133216B1 (en) |
-
2017
- 2017-09-15 RO ROA201700661A patent/RO133216B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO133216B1 (en) | 2024-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106461925B9 (en) | System and method for Raman scattering optical microscope with adaptive optics system | |
| CN106547079B (en) | Real-time three-dimensional laser fluorescence microscopic imaging device | |
| EP3776054B1 (en) | Improved scanning optical microscope | |
| JP6033798B2 (en) | System and method for illumination phase control in fluorescence microscopy | |
| US20110101203A1 (en) | System and method for continuous, asynchronous autofocus of optical instruments | |
| US20190293916A1 (en) | Objective lens attachment | |
| JP6241858B2 (en) | Confocal microscope | |
| CN107407791A (en) | The continuous asynchronous system and method focused on automatically for optical instrument | |
| CN104279982A (en) | Device and method for measuring smooth free-form surface samples based on STED | |
| TW201947276A (en) | Metalens unit, semiconductor fault analysis device, and semiconductor fault analysis method | |
| Lanni et al. | Excitation field synthesis as a means for obtaining enhanced axial resolution in fluorescence microscopes | |
| CN117434627A (en) | Membrane used to hold microspheres | |
| CN106289048A (en) | Based on lenticular three-dimensional super-resolution rate interferometer | |
| US20160305882A1 (en) | Die-integrated aspheric mirror | |
| KR101867081B1 (en) | Confocal 3d sensing system with digital optical system | |
| JP6640474B2 (en) | Magnification assembly for infrared microscope | |
| US6687058B1 (en) | Numerical aperature increasing lens (nail) techniques for high-resolution sub-surface imaging | |
| EP3129817B1 (en) | Autofocus system | |
| RO133216B1 (en) | Microscope objective lens with automatic focusing | |
| KR100978600B1 (en) | Ultra High Resolution Scanning Optical Measuring Device | |
| Piyawattanametha et al. | MEMS based dual-axes confocal reflectance handheld microscope for in vivo imaging | |
| CN110623635A (en) | Three-dimensional line scanning miniature optical probe | |
| US12135412B2 (en) | Non-linear optical scanning microscope having kinematic flexure mechanism | |
| Noda et al. | Focal length measurement of a varifocal liquid lens with capacitance detection | |
| Astratov et al. | Spotlight on microspherical nanoscopy: Experimental quantification of super-resolution |